清华施一公院士发表2016开年Science文章

  来自清华大学生命科学学院、中科院上海生命科学研究院的研究人员报告称，他们获得了分辨率为3.8埃的U4/U6.U5 三小核核糖核蛋白复合物（U4/U6.U5 tri-snRNP）三维结构，由此提供有关剪接体（spliceosome）组装和催化的新见解。研究结果发布在1月7日的《科学》（Science）杂志上。
  清华大学的施一公（Yigong Shi）教授是这篇论文的通讯作者。施一公研究组主要致力于运用结构生物学和生物化学的手段研究肿瘤发生和细胞凋亡的分子机制，集中于肿瘤抑制因子和细胞凋亡调节蛋白的结构和功能研究、重大疾病相关膜蛋白的结构与功能的研究、胞内生物大分子机器的结构与功能研究。回国后施一公在Nature等国际顶级期刊上发表了多篇论文，同时他也搭建起了以清华大学为中心的人才引入桥梁。2013年当选为中科院院士。
  在真核生物的前体mRNA(pre-mRNA)中，称作为外显子的蛋白质编码序列被非编码序列内含子所隔开。前体mRNA加工涉及到切除内含子并将邻近的外显子连接起来，这一过程是由动态的核糖核蛋白(RNP)复合物剪切体来完成。每个剪接循环都必须经历两个连续的转酯基反应，第一步生成一个游离5′外显子和一个内含子套索-3′外显子，第二步释放出一个内含子套索并生成连接的5′外显子-3′外显子。负责这两步反应的剪接体是由U2和U5 snRNPs、U6 snRNA和大量其他的蛋白质所构成。组装出这一具有催化活性的剪接体，需经历一系列的协调步骤，U4/U6.U5 tri-snRNP在其中起着不可或缺的作用。
  剪接体被认为是一种蛋白质定向金属酶。在去年发表的一篇Science文章中，施一公课题组采用单颗粒冷冻电子显微镜获得了分辨率为3.6埃的裂殖酵母剪接体三维结构。揭示出U6 snRNA分子内茎环(ISL)的一些保守核苷酸调节了两个催化镁(Mg2+)离子。剪接体催化中心由U2/U6 snRNA duplex的螺旋I，U6 snRNA的ISL，U5 snRNA的环I和Mg2+构成，所有这些均定位在Prp8的正电荷表面腔洞中。在U4/U6.U5 tri-snRNP中，U6 snRNA被认为通过与U4 snRNA广泛的碱基配对互作以一种无活性的构象存在。阐明这一tri-snRNP的结构对于认识剪接体组装及U6 snRNA的激活机制至关重要。
  剪接体复合物的动态特性及大尺寸使得详细的结构调查成为一项艰巨的挑战。早期电镜研究人类和酵母tri-snRNPs只能达到21 ?或更低的分辨率，揭示出了整体的形状和特征。最近利用冷冻电镜获得了分辨率为5.9 Å的酿酒酵母U4/U6.U5 tri-snRNP结构，使得能够确定许多蛋白质和snRNA元件的定位。tri-snRNP中许多蛋白质元件的二级结构元件也可辨别出来。尽管取得了这些令人鼓舞的研究进展，相对低的分辨率几乎无法解释氨基酸侧链或核苷酸的特征，阻碍了建立tri-snRNP的原子模型。
  在这篇Science文章中，研究人员称利用单颗粒冷冻电子显微镜获得了酿酒酵母U4/U6.U5 tri-snRNP的三维结构，总分辨率达到3.8 Å。tri-snRNP核心区域的局部分辨率达到3.0-3.5 Å，由此构建出了一个精确的原子模型。他们的结构中包含有U5 snRNA，广泛碱基配对的U4/U6 snRNA，和包括Prp8及Snu114的30个蛋白，总计8,495个氨基酸，263个核苷酸，合并分子质量近1兆道尔顿（mega-Dalton）。
  该结构显示来自U6 snRNA的催化核苷酸U80以一种失活的构象存在，与U4 snRNA之间发的碱基配对互作稳定了它，并受到Prp3的保护。值得注意的是，与U6 snRNA和U5 snRNA环I的碱基配对互作将前体mRNA束缚在tri-snRNP中。这一结构结合剪接体结构揭示出了在剪接体核酸酶活化过程中snRNAs的排列。
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